PROPUESTA DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PARA LA UEES

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UNIVERSIDAD DE ESPECIALIDADES ESPÍRITU SANTO

Facultad de Arquitectura e Ingeniería Civil

Tema: Propuesta de una planta de tratamiento de aguas residuales para la UEES

Trabajo de Titulación que se presenta como requisito previo a optar el grado de Arquitecto

Alumno: Denisse Estefanía Cruz Pantaleón.

Tutor: Ing. César Baquerizo Arosemena.

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Dedicatoria

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Agradecimiento

Agradezco a Dios, mi familia, mis amigos, el ingeniero César Baque-rizo, la arquitecta Lourdes Menoscal, el ingeniero Marco Román y todas aquellas personas que me abrieron las puertas para

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VI

Resumen

El agua cubre aproximadamente el 70% del planeta, es un recurso esencial para la vida de todos los seres vivos presentes en ella. No obstante, a pesar de ser un recurso renovable, el mal uso de ella puede ocasionar una escasez de agua a futuro. Las aguas residuales originadas por el ser humano al ser descargadas al río pueden provocar consecuencias catastróficas. Por esta razón, en la actualidad se han implementado normas que no permiten la descarga de ellas a ríos, lagos, lagunas u océanos, sin un previo tratamiento. El tratamiento de aguas residuales sigue un proceso que involucra un pre tratamiento, tra-tamiento primario, secundario y terciario; el tratra-tamiento secundario depura el agua por medio de sistemas biológicos, los cuales son los más utilizados para tratar las aguas residuales antes de su descarga a un cuerpo de agua natural. Debido a que la UEES no posee una planta de tratamiento única, se propone la implementación de una planta con un fin educativo, para uso de los estudiantes y docentes que necesiten conocer el funcionamiento de la planta o cualquier elemento que exista en ella.

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Abstract

The water covers approximately 70% of the planet. Is the most important resource for all the living beings. However, even thou-gh is a renewable resource the misuse of it can cause a lack of water in the future. The wastewater originated by the human being can bring catastrophic consequences if they are discharge to the river. Because of this, nowadays the law demands a treatment before release the water to the river. The wastewater treatment consists of a pre treatment, primary treatment, secondary treatment and third treatment; the secondary treatment purges the water with biological systems, which are the most common methods for the purpose of releasing the water to a water body. Due to the fact that the UEES does not have an unique wastewater treatment plant, it is proffer one with an educational purpose, for the use of teachers and students with anything the plant can teach them.

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VIII

4.4 Clasificación de las aguas residuales según los agentes contaminantes 26

4.5 Parámetros de medición de los contaminantes 27

CAPÍTULO 5: TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES 30

5.1 Etapas del tratamiento de las aguas residuales 31

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Página

5.2.1 Procesos Físicos y Físicos Químicos

para la depuración de las aguas residuales. 34

5.2.2 Procesos Biológicos 36

5.2.2.1 Procesos aerobios 39

5.2.2.2 Procesos anaerobios 51

5.2.3 Otros Procesos 52

5.2.3.1 Tratamiento de lodos residuales 52

CAPÍTULO 6: APLICACIÓN DE UN SISTEMA NATURAL DE DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES EN LA UEES 55

6.1 Tratamiento de aguas residuales en la UEES. 56

6.2 Consumo del agua en la UEES. 57

6.3 Selección del sistema natural de depuración de aguas residuales para la UEES. 59

6.3.1 Tipo y cantidad de agua a tratar 59

6.3.2 Ubicación de la planta de tratamiento 62

6.3.3 Material constructivo de la planta de tratamiento 68

Página

CAPITULO 7: PRESUPUESTO 70

7.1 Presupuesto 71

7.2 Cronograma 75

7.3 Análisis de Costos 77

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 116

BIBLIOGRAFÍA 120

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X

Página

18. Área para la ubicación de la planta 19. Planta de tratamiento ciudadela Mallorca (Salitre, Guayas)

INDICE DE IMÁGENES

Página

1. Distribución Global del Agua 2. El Ciclo Hidrológico

3.Tratamiento primario de las aguas residuales 4. Tratamiento secundario

5. Principales procesos biológicos empleados en la depuración del agua residual

6. Sistema convencional de lodos activados 7. Zanjas de oxidación

8. Fases del proceso de SBR

9. Funcionamiento del sistema de Biodiscos. 10. Funcionamiento de filtros percoladores.

11. Degradación Biológica de la materia orgánica. 12. Esquema del filtro anaeróbico

13. Esquema y espacio necesario para cada equipo de los lodos activados

14. Elementos de la planta de tratamiento 15. Dibujo esquemático del ROTAMAT Micro Strainer Ro 9

16. Huber ROTAMAT Prensa Tornillo tipo RoS3Q tamaño Q280.

17. TrojanUV 3000 plus.

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10 tratamiento de aguas residuales

3. Tabla número 12 de la Norma de Calidad Ambiental y de Descarga de Efluentes:

Recurso Agua Límites de descarga a un cuerpo de aguadulce.

4. Distribución del agua global.

5. Composición típica de agua residual doméstica no tratada.

6. Eficiencia de Remoción de Lodos activados convencionales

7. Eficiencia de Remoción Aireación Extendida. 8. Eficiencia de remoción del sistema zanjas de oxidación

9. Eficiencia de Remoción de SBR.

10. Eficiencia de Remoción de Lagunas aireadas. 11. Eficiencia de la remoción de Biodiscos

12. Clasificación de Filtros Percoladores

13. Eficiencia de remoción de Filtros Percoladores 14. Resumen Planilla de Agua de la UEES

INDICE DE GRÁFICOS

Página

1. Medias mensuales de medidores de

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CAPÍTULO 1:

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2 1.1 Antecedentes

Cada año el número de personas aumenta exponen-cialmente en el planeta. Según las Naciones Unidas (2013) se estima que en el 2050 la población alcanzará a 9.600 millones. El mundo posee recursos para sostener a los in-dividuos que viven en él, sin embargo, “El Instituto del Agua de la Universidad de las Naciones Unidas advirtió que para el 2050 habrá una grave escasez de agua en siete de las 10 principales cuencas fluviales del mundo” (“La Tierra en-frentará una gran crisis de agua, alerta informe de la ONU”, 2012).

Uno de los recursos más importante para el ser hu-mano es el agua, no obstante, de toda el agua que se en-cuentra en el planeta, el 97% le corresponde a los mares y océanos con agua salada, no apta para el consumo en la alimentación, agricultura y usos industriales; el 3% restante es dulce, y únicamente el 10% de esta última es accesible

para ser utilizada por las personas; este saldo restante se encuentra en los polos norte y sur, en los glaciares, en los depósitos subterráneos o lugares de difícil acceso (Fernán-dez & Garcés, 2003). La imagen 1 describe la distribución del agua en el globo terráqueo.

Imagen 1: Distribución Global del Agua

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“Todavía hay suficiente agua para todos nosotros, pero solo si la mantenemos limpia, la usamos prudentemente y la compartimos equitativamente” (Ban Ki-moon, 2005). Se ha determinado que “Hay suficiente agua potable en el pla-neta para abastecer a los 7.000 millones de personas que lo habitamos, pero ésta está distribuida de forma irregular” (Departamento de asuntos económicos y sociales de Na-ciones Unidas [ONU-DAES], 2014). Lo que significa que no cae sistemáticamente en las mismas fechas ni lugares de acuerdo a información de estudios presentados (Foro Ambiental, 2010). Como referencia sobre estos criterios en el diario El Universo se publicó: “Más de 140 ciudades de Brasil están racionando agua en medio de la peor sequía que azota el país en décadas” (“142 ciudades de Brasil ra-cionan agua por sequía”, 2014); mientras que en Televisa se informó: “En Paraguay más de 75 mil familias de zonas bajas de la capital y pueblos ubicados a orillas del río Para-guay abandonaron sus viviendas debido a las inundaciones producidas por intensas lluvias y el crecimiento cíclico del

río” (“Inundaciones en Paraguay dejan 75 mil familias afec-tadas”, 2014). Suma el hecho de que existen factores adi-cionales entre los cuales están que: el agua se desperdicia, se encuentra contaminada, y se gestiona de forma insoste-nible (ONU-DAES, 2014).

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4 1.2 Planteamiento del problema

El agua, de acuerdo a su procedencia, cumple fun-ciones según su proceso, como de agua potable, aguas llu-vias o aguas servidas; en este último caso las descargas provienen de áreas como de servicios higiénicos o de coci-na en el caso de viviendas, las de edificios en general, de industrias, entre otras; provocan un almacenamiento que tiene que ser tratado para la conservación del planeta. En lo que se refiere a estudios sobre el tema del comportamiento del ser humano se indica que: “La cantidad total de excre-mentos humanos húmedos es aproximadamente de 80 a 270 gramos diarios por persona y la cantidad de orina es de 1 a 1,3 kilogramos por persona al día. Un 20% de la materia fecal y un 2,5% de la orina son material orgánico putresci-ble” (Romero, 2008). Por lo tanto, el agua residual de una vivienda es putrescible, olorosa, ofensiva y un riesgo para la salud. Los datos referidos demuestran la importancia de tratar el agua residual, y para evitar que regrese al río

en esas condiciones acumulando contaminantes que lo úni-co que se úni-conseguirá será reducir la calidad de agua apta para el consumo humano.

Un proceso de tratamiento del agua residual involu-cra un sistema secuencial de un pre tratamiento, tratamien-to primario, secundario y terciario o avanzado. Este último provee el agua potable para todo consumo del hombre, determinado por un centro especializado que dispondrá la calidad del efluente con el objetivo de conocer el uso que se le puede dar.

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de otra planta potabilizadora; sin embargo, se pueden to-mar otras acciones, como por ejemplo que los ciudadanos reciclaran las aguas servidas de sus hogares y luego las so-metieran a un proceso de depuración para ser reutilizada, lo cual traería como resultado que la ampliación de la planta potabilizadora sea menor de lo que se estimaría como cre-cimiento futuro. Finalmente, se conseguiría un ahorro de dinero, espacio y energía, así como se pensaría en inver-siones en la construcción de nuevas plantas potabilizado-ras en otpotabilizado-ras áreas del país.

Asimismo, existen diferentes métodos naturales de depuración de aguas residuales que pueden ser construi-dos con el fin de tratarla hasta el nivel secundario (Pérez & Camacho, 2011). No obstante, hay que buscar el méto-do adecuaméto-do para cada caso específico. Por esta razón, se investigará entre los sistemas existentes la eficiencia en depuración del agua, el diseño arquitectónico y costo de la construcción.

Para estudiar un caso real cercano a esta temática se ha tomado a la Universidad Espíritu Santo (UEES), ubi-cada en el km 2.5 de la Av. Samborondón, para proponer en base a la circulación de uso de la población estudiantil que se mueve diariamente en estas instalaciones, una planta de tratamiento que resuelva con mejores alternativas la de-puración de agua residual de la institución. Se estudiará el área y se evaluará el sistema más adecuado para después elegir el que cumpla con las condiciones óptimas de aplica-ción y resultados para la instituaplica-ción.

1.3 Preguntas de investigación.

• ¿Qué pasa con las aguas servidas (AA.SS) de la UEES? • ¿Qué planta de tratamiento sería la adecuada para la

UEES?

• ¿Dónde debo ubicar la planta de tratamiento?

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6 1.4 Objetivo Generales y

Especí-ficos

1.4.1 Objetivo General

Realizar una propuesta de diseño de un sistema de depuración de aguas residuales para la UEES.

1.4.2 Objetivos Específicos

• Elegir el sistema de depuración de aguas residuales que cumpla con los requisitos y limitantes de la UEES. • Identificar y diseñar el espacio donde se ubicará la

plan-ta del sistema natural de depuración de aguas residua-les elegido.

• Adecuar la planta de tratamiento como un labora-torio para carreras que puedan instruirse de esta.

1.5 Justificación

Este trabajo de titulación tiene como fin propo-ner una solución al tratamiento de las aguas servidas en la UEES. Actualmente se construyó una planta de tratamiento de las aguas residuales para el edificio de Postgrado que se inauguró en el 2014; no obstante, el resto del campus no cuenta con una propia que trate todos las AA.SS de la universidad.

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(20)

8

CAPÍTULO 2:

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2.1 Marco teórico

Para definir qué planta de tratamiento es la óptima en cada caso específico, los especialistas tienen que consi-derar los siguientes aspectos:

1. Costos de construcción

2. Costos de operación y mantenimiento 3. Disponibilidad de equipos en el medio 4. Características del agua residual 5. Calidad del efluente requerido

6. Accesibilidad a la comunidad de los costos de operación 7. Eficiencia de tratamiento

8. Espacio físico

9. Otros limitantes que disponga el cliente.

Los parámetros indicados serán independientes en cada caso específico. Estos serán llenados como una fi-cha de acuerdo a cada cliente, y con éste de referencia se realiza una ficha como lo indica la Tabla 1, la cual deta-llará los mismos parámetros de cada uno de los métodos.

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10

Tabla 1: Ficha para elección de método de tratamiento de aguas residuales.

La Constitución del Ecuador garantiza la conserva-ción de la biodiversidad y recursos naturales en el Capítulo 2 del Título VII llamado Régimen del Buen Vivir.

La sección primera, sexta y séptima señalan puntos de importancia para el marco legal del presente trabajo de titulación:

•Sección primera: Naturaleza y ambiente

Art. 395: La Constitución reconoce los siguientes principios ambientales:

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y futuras.

2. Las políticas de gestión ambiental se aplicarán de manera transversal y serán de obligatorio cum-plimiento por parte del Estado en todos sus niveles

y por todas las personas naturales o jurídicas en

el territorio nacional.

3. El Estado garantizará la participación activa y permanente de las personas, comunidades, pueblos y nacionalidades afectadas, en la pla-nificación, ejecución y control de toda actividad que genere impactos ambientales.

4. En caso de duda sobre el alcance de las dis-posiciones legales en materia ambiental, éstas se aplicarán en el sentido más favorable a la protección de la naturaleza. (Constitución del Ecuador, 2008)

•Sección sexta: Agua

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12

•Sección séptima: Biosfera, ecología urbana y ener-gías alternativas,

Art. 415. El Estado central y los gobiernos autóno-mos descentralizados adoptarán políticas integra-les y participativas de ordenamiento territorial ur-bano y de uso del suelo, que permitan regular el crecimiento urbano, el manejo de la fauna urbana e incentiven el establecimiento de zonas verdes. Los gobiernos autónomos descentralizados desa-rrollarán programas de uso racional del agua, y de reducción reciclaje y tratamiento adecuado de de-sechos sólidos y líquidos. Se incentivará y facilitará el transporte terrestre no motorizado, en especial mediante el establecimiento de ciclo vías. (Consti-tución del Ecuador, 2008).

En base a los artículos expuestos, nace la LEY DE GES-TIÓN AMBIENTAL (2004).

Art. 1: La presente Ley establece los principios y directrices de política ambiental; determina las obli-gaciones, responsabilidades, niveles de participa-ción de los sectores público y privado en la gestión ambiental y señala los límites permisibles, controles y sanciones en esta materia. (Ley de Gestión Am-biental, 2004)

En el capítulo V de la LEY DE GESTIÓN AMBIEN-TAL: INSTRUMENTOS DE APLICACION DE NORMAS AMBIENTALES, Art. 33 indica:

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régimen de permisos y licencias administrativas, evaluaciones de impacto ambiental, listados de productos contaminantes y nocivos para la salud humana y el medio ambiente, certificaciones de ca-lidad ambiental de productos y servicios y otros que serán regulados en el respectivo reglamento. (Ley de Gestión Ambiental, 2004)

De lo cual nace la NORMA DE CALIDAD AMBIEN-TAL Y DE DESCARGA DE EFLUENTES: RECURSO AGUA (Libro VI Anexo I vigente).

Para la elección de la planta de tratamiento de la UEES se cumplirá con la presente norma en lo que detallan los literales ubicados en el literal 4.2.1: Normas generales para descarga de efluentes, tanto al sistema de alcantarilla-do, como a los cuerpos de agua.

4.2.1.2 En las tablas # 11, 12 y 13 de la presen-te norma se establecen los parámetros de descar-ga hacia el sistema de alcantarillado y cuerpos de agua (dulce y marina), los valores de los límites máximos permisibles, corresponden a promedios diarios. La Entidad Ambiental de Control deberá es-tablecer la normativa complementaria en la cual se establezca: La frecuencia de monitoreo, el tipo de muestra (simple o compuesta), el número de mues-tras a tomar y la interpretación estadística de los resultados que permitan determinar si el regulado cumple o no con los límites permisibles fijados en la presente normativa para descargas a sistemas de alcantarillado y cuerpos de agua. (Norma de Cali-dad Ambiental y de Descarga de Efluentes)

(26)

14

subterráneas. La Entidad Ambiental de Control, de manera provisional y mientras no exista sistema de alcantarillado certificado por el proveedor del servi-cio de alcantarillado sanitario y tratamiento e infor-me favorable de ésta entidad para esa descarga, podrá permitir la descarga de aguas residuales a sistemas de recolección de aguas lluvias, por ex-cepción, siempre que estas cumplan con las nor-mas de descarga a cuerpos de agua. (Norma de Calidad Ambiental y de Descarga de Efluentes)

4.2.1.6 Las aguas residuales que no cumplan pre-viamente a su descarga, con los parámetros esta-blecidos de descarga en esta Norma, deberán ser tratadas mediante tratamiento convencional, sea cual fuere su origen: público o privado. Por lo tanto, los sistemas de tratamiento deben ser modulares para evitar la falta absoluta de tratamiento de las aguas residuales en caso de paralización de

una de las unidades, por falla o mantenimiento. (Norma de Calidad Ambiental y de Descarga de

Efluentes).

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Tabla 2: Tabla número 12 de la Norma de Calidad Ambiental y de Descarga de Efluentes: Recurso Agua. Límites de descarga a un cuerpo de agua dulce.

Parámetros Expresado

como Unidad Límite máximo permisible

Aceites y

grasas solubles en Sustancias hexano

Mg/l 0,3

Alkil

mercu-rio Mg/l No detectable

Aldehídos Mg/l 2,0

Aluminio Al Mg/l 5,0

Arsénico

total As Mg/l 0,1

Bario Ba Mg/l 2,0

Boro total B Mg/l 2,0

Cadmio Cd Mg/l 0,02

Ciaunuro

total CN Mg/l 0,1

Cloro Activo Cl Mg/l 0,5

Cloroformo Extracto car-bón clorofor-mo (ECC)

Mg/l 0,1

Cloruros Cl Mg/l 1000

Cobre Cu Mg/l 1,0

Cobalto Co Mg/l 0,5

Coliformes

fecales Nmp/100ml Remoción > al 99,9% Color real Color real Unidades

de color Inapreciable en dilución:1/20

como Unidad Límite máxi-mo

permisi-ble

Compuestos

fenólicos como fenolExpresado Mg/l 0,2 Cromo

Hexava-lente Cr+6 Mg/l 0,5

Demanda Bioquí-mica de Oxíge-no(5 días)

D.B.O 5 Mg/l 100

Demanda

Quími-ca de Oxígeno D.Q.O Mg/l 250

Dicloroetileno Dicloroetileno Mg/l 1,0

Estaño Sn Mg/l 5,0

Fluoruros F Mg/l 5,0

Fósforo Total P Mg/l 10

Hierro Total Fe Mg/l 10

Hidrocarburos

To-tales de Petróleo TPH Mg/l 20

Manganeso total Mn Mg/l 2,0

Materia flotante Visible Mg/l Ausencia Mercurio (total) Hg Mg/l 0,005

Níquel Ni Mg/l 2,0

Nitratos+Nitritos Expresado como

Nitróge-no (N)

Mg/l 10,0

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16

Organoclora-dos totales ción de orga- Concentra-noclorados

totales

Mg/l 0,05

Organofosfo-rados totales ción de orga- Concentra-nofosforados

totales

Mg/l 0,1

Plata Ag Mg/l 0,1

Plomo Pb Mg/l 0,2

Potencial de

hidrógeno pH 5-9

Selenio Se Mg/l 0,1

Sólidos

Sedi-Sulfatos SO4 Mg/l 1000

Sulfitos SO3 Mg/l 2,0

Sulfuros S Mg/l 0,5

Temperatura °C <35

Tensoactivos Sustancias activas al azul

de metileno

Mg/l 0,5

Tetracloruro

de carbono Tetracloruro carbono Mg/l 1,0

Tricloroetile-no Tricloroetileno Mg/l 1,0

Vanadio V Mg/l 5,0

Zinc Zn Mg/l 5,0

(29)

CAPÍTULO 3:

(30)

18 3.1 Alcance y delimitación de la

investigación

3.1.1 Población

El desarrollo del trabajo de titulación se limita la Universidad Espíritu Santo ubicada en Samborondón, Guayas, Ecuador ya que, se diseñará una planta de tratamiento destinada únicamente para tratar las aguas residuales de la UEES.

Debido a la actual existencia de una planta de tratamiento en el edificio de Postgrado, solo se considerará las AA.SS de la infraestructura restante de la universidad.

3.1.2 Métodos e instrumentos

(31)

CAPÍTULO 4:

(32)

20 4.1 Generalidades respecto al

agua.

No hubiera vida en la Tierra sin la existencia del agua, recurso natural indispensable para la vida de todos los seres vivos. No se conoce la procedencia de esta, sin embargo, gracias al ciclo hidrológico la cantidad de agua se mantiene prácticamente estable en el planeta. La radiación solar calienta los océanos evaporando el agua en la atmós-fera, esta llega a altas alturas donde la baja temperatura la condensa almacenándola en las nubes que posteriormen-te regresarán a la Tierra como precipitación. Cayendo ma-yormente en los océanos o en la tierra, donde mediante escorrentía superficial llega a los ríos donde se transporta de vuelta a los océanos, pero parte de esta se infiltra en el suelo y luego de un tiempo llegará a cuerpos de agua sub-terránea. Además “parte de esta precipitación cae en forma de nieve, y se acumula en capas de hielo y en los glaciares, los cuales pueden almacenar agua congelada por millones

de años” (USGS, 2014). El agua no se reparte uniforme-mente en todo el planeta y la composición varía de acuerdo a su almacenamiento.

Imagen 2: El Ciclo Hidrológico

(33)

El agua apta para el consumo humano se restringe en ser únicamente el agua dulce, “aquella que no contiene importantes cantidades de sales; en general se consideran valores inferiores a 0.5 UPS (unidad práctica de salinidad que representa la cantidad de gramos de sales disueltas por kg de agua)“ (Norma de Calidad Ambiental y Descarga

de Efluentes). Por otro lado, “el agua marina es el agua

de los mares y océanos, la cual se distinguen por su elevada salinidad y también es conocida como agua salada” (Norma de Calidad Ambiental y Descarga de Efluentes). Para que el agua marina se pueda consu-mir por el ser humano, se deben remover todas las sa-les, lo cual es un método de tratamiento más costoso. Por lo tanto, actualmente se usa únicamente el agua dulce para el consumo humano, ya que está al alcance de todas las personas por su sencillez, eficiencia y ba-jos costos.

El agua dulce es obtenida de ríos y lagos, las cuales almacenan el menor porcentaje de agua en el mundo como se percibe en la Tabla 3.

Tabla 3: Distribución del agua global

Fuente

bahías 1,338,000,000 321,000,000 -- 96.5

Capas de hielo, glaciares, y nieves perpetuas

24,064,000 5,773,000 68.7 1.74

Capas de hielo, glaciares, y nieves perpetuas

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22

terránea 23,400,000 5,614,000 -- 1.7 Dulce 19,530,000 2,526,000 30.1 0.76 Salada 12,870,000 3,088,000 -- 0.94 Humedad

del suelo 16,500 3,959 0.05 0.001 Hielo en

el suelo y gelisuelo (perma-frost)

300,000 71,970 0.86 0.002

Lagos 176,400 42,320 -- 0.013

Dulce 91,000 21,830 0.26 0.007

Salada 85,400 20,490 -- 0.006

Atmósfera 12,900 3,095 0.04 0.001 Agua de

pantano 11,470 2,752 0.03 0.0008

Ríos 2,120 509 0.006 0.0002

Agua

biló-gica 1,120 269 0.003 0.0001

TOTAL _{1,386,000,000} _332,500,000 _- ₁₀₀

Fuente: (USGS, 2014)

4.2 Contaminación del agua

na-tural

Todo ser vivo necesita del agua para su superviven-cia; sin embargo quien más usa de esta es el ser humano, dándole usos domésticos, industriales, agrícola, ganadero, deportivo, entre otros. De esta manera, la persona se vuel-ve la mayor fuente contaminante del agua.

4.2.1 Tipos de contaminantes

Los contaminantes de las aguas naturales provienen generalmente de las aguas residuales que descarga el ser humano al medio ambiente o por origen natural; estos pue-den ser clasificados en físicos, químicos y biológicos.

(35)

perjudican la vida que existe en ella. La acumulación de es-tos contaminantes obstruye el ingreso de luz, lo cual inter-fiere con la fotosíntesis de las plantas acuáticas, reducien-do así el oxígeno necesario para la vida que existe dentro del agua (Rico, Pérez, & Castellanos, 2008).

Los contaminantes químicos son originados general-mente por la acción del hombre; estos pueden ser orgáni-cos e inorgániorgáni-cos (Rico, Pérez, & Castellanos, 2008). Los de origen orgánico tales como petróleo, gasolina, aceites, plásticos, plaguicidas, solventes orgánicos, etc., que pro-vienen de las viviendas, agricultura o industrias, donde se encuentran sustancias ácidas, básicas y gases tóxicos, los cuales tienen efectos negativos en la salud del hombre y generan mal olor, mal sabor y depósitos indeseables en las aguas (Rico, Pérez, & Castellanos, 2008). Por otro lado, los de origen inorgánico, tales como iones de plomo, mercurio y cadmio, provienen de los residuos industriales y urbanos; son tóxicos para la salud humana, y pueden afectar al

sistema nervioso, los riñones y el hígado, provocando fata-lidades que pueden terminar en mortalidad (Rico, Pérez, & Castellanos, 2008).

(36)

24 4.3 Elementos de las aguas

resi-duales

Las aguas residuales son las aguas y los sólidos que genera una población, que por uno u otro medio se introdu-cen en las cloacas y son transportados mediante el sistema de alcantarillado (Romero, 2008). En ellas suelen encon-trarse diferentes contaminantes que se detallan a continua-ción:

Suelos: Es un cuerpo natural compuesto de

mate-rial mineral y materia orgánica (Adams M., 1995), que forma depósitos de lodos si encuentran condiciones adecuadas para sedimentar. Están compuestos mayormente de mate-ria mineral que según su tamaño se conoce como suelos gruesos: grava y arena o suelos finos: limo y arcilla.

El Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS), determina los suelos gruesos y finos por medio de la malla no.200 (0,0074mm), los suelos gruesos son aque-llos que tienen más del 50% retenido en la malla y los sue-los finos aquelsue-los que tienen más del 50% pasante la malla 200 (Terreros, 2011).

Para determinar si los suelos gruesos son arenas o gravas, SUCS utiliza la malla no.4 (4,76mm), si la mayor cantidad pasa sobre la malla no.4 se considera arena y si la mayor cantidad se queda en la malla, ésta se denomina grava.

(37)

Grasas y aceites:_{Son las sustancias de}

natura-leza lipídica insolubles en el agua y solubles en solventes orgánicos no polares tales como la gasolina. Debido a que no se mezclan con el agua, se mantendrán en la superficie de ésta creando natas y espumas, las cuales perjudican tra-tamientos físicos o químicos del agua (Pérez Oddershede , 2010).

Materia orgánica: _{“Es el conjunto de células}

ani-males y vegetales descompuestas total o parcialmente por la acción de microorganismos” (Oxford Dictionaries, s.f.). Ésta realiza de forma natural procesos de oxidación donde consume el oxígeno del medio, lo cual se da por vía quí-mica o biológica durante el proceso de tratamiento de las aguas residuales (Pérez Oddershede, 2010).

Nitrógeno y fósforo: _{Son elementos químicos}

presentes en las aguas residuales principalmente por los detergentes y fertilizantes. No obstante, el nitrógeno

orgánico aparece en las aguas residuales a través de los excrementos humanos (Pérez Oddershede, 2010). El nitró-geno en el agua puede ocasionar un crecimiento incontro-lable de algas; además, este y el fósforo

compiten con el oxígeno en el medio, lo cual significa que competiría con los animales existentes en este.

Agentes patógenos: Son organismos capaces

de producir algunas enfermedades o daños a los seres vi-vos y pueden aparecer en mayor o menor cantidad en las aguas residuales, tales como virus, bacterias, etc. (Pérez Oddershede, 2010).

Otros contaminantes específicos: Aquellas

(38)

26 4.4 Clasificación de las aguas

residuales según los agentes

contaminantes.

Las aguas residuales (AR) se pueden dividir de acuerdo a su origen, ya que no todas contienen los mismos elementos contaminantes; entre ellas se conocen las siguientes:

AR Industriales: Son los desechos líquidos y

sólidos que provienen de procesos realizados en fábricas y compañías industriales. Se componen generalmente de aceites, detergentes, antibióticos, ácidos, grasas y otros productos o subproductos de origen mineral, químico, ve-getal o animal (Espigares & Pérez, s.f.).

AR Agrícolas: Son las aguas procedentes de las

labores agrícolas en las zonas rurales. En ellas se pueden encontrar altos niveles de nitratos, fosfatos, amonio y sulfu-ros. Los compuestos más tóxicos de estos efluentes son

los fertilizantes, herbicidas, fungicidas e insecticidas (Espi-gares & Pérez, s.f.).

AR Domésticas: Son “líquidos provenientes de

(39)

Tabla 4: Composición típica de agua residual doméstica no tra-tada

Fuente: (Metcalf y Eddy, 1995)

4.5 Parámetros de medición de

los contaminantes

Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO):

Es un parámetro que mide el contenido de mate-ria orgánica biodegradable que posee un cuerpo de agua y la cantidad de oxígeno necesaria para su descomposición. Esta expresa la cantidad de ma-teria orgánica que puede ser consumida u oxidada por una población bacteriana (Diccionario Enciclo-pédico Dominicano de medio ambiente, s.f.).

(40)

28

Demanda Química de Oxígeno (DQO):

Es el parámetro que mide la cantidad de oxígeno consumido en la oxidación de materia orgánica e inorgánica en una muestra de agua, sus unidades son miligramos de oxígeno disuelto por litro (mg O2/l) (Diccionario Enciclopédico Dominicano de medio ambiente, s.f.).

Mientras el DBO es la cantidad de oxígeno necesaria para descomponer la materia orgánica existente de forma bioquímica aerobia, el DQO es la cantidad de oxígeno que se necesitará para oxidar toda la materia orgánica presente en el agua (Nerín, s.f.).

Sólidos Suspendidos Totales (SST): Es un

parámetro que mide el contenido de materia en suspensión en las aguas residuales. Los sólidos suspendidos son aque-llos que no pasan a través de un tamiz de 0,8 µm o menor y se dividen en sólidos volátiles y sólidos fijos. Los sólidos

volátiles son aquellos que se evaporan a una temperatura de 600 grados centígrados y aquellos que no se volatilizan se denominan sólidos fijos (Alegre, 2009).

Nitrógeno Kjeldahl (NKT): Es la suma del

(41)

Fósforo total: Es la suma total del fósforo en

(42)

CAPÍTULO 5:

(43)

El tratamiento de aguas residuales es un proceso que depura las aguas contaminadas por la acción del hombre con el fin de que esta pueda ser descargada a un cuerpo de agua receptor sin contaminarlo, y de esta manera proteger la salud de la sociedad que utiliza este medio como fuente de agua (Norma de calidad ambiental y descarga de efluen-tes).

Debido a que las aguas residuales regresan a los ríos o lagos dentro del mismo sector del que sale, los ha-bitantes de este se convierten en consumidores directos o indirectos de la misma. Por esta razón, el tratamiento de las aguas residuales se vuelve en una necesidad que permite disminuir los deterioros del medio ambiente y eliminar los riesgos de salud.

5.1 Etapas del tratamiento de

las aguas residuales

El tratamiento de las aguas residuales se realiza me-diante procesos secuenciales que se dividen en pre trata-miento, tratamiento primario, tratamiento secundario y tra-tamiento terciario.

(44)

32

El segundo proceso en el tratamiento de las aguas residuales es el tratamiento primario, donde se reduce la materia orgánica eliminando una gran parte de los mate-riales suspendidos, flotantes y sedimentables, mediante sedimentación u otro medio. Una eficiente operación del tratamiento primario “remueve casi el 90% de los sólidos sedimentables, 40 a 60% de los sólidos suspendidos, y 20 a 40% de la demanda bioquímica de oxígeno (DBO). Ade-más, la remoción del material flotante puede ser tanto como el 1% de la remoción total de los sólidos suspendidos y se-dimentables” (Tillman, 1991).

Imagen 3: Tratamiento Primario de las Aguas residuales

Fuente: (Molano, 2012)

(45)

los sólidos no sedimentables en sedimentables. Finalmen-te, usando el tratamiento biológico, en el tratamiento se-cundario se pueden remover hasta el 90% de la materia orgánica del agua residual. (Aziz & Mojiri, 2014)

Imagen 4: Tratamiento Secundario

Fuente: (Molano, 2012)

(46)

34 5.2 Tipos de procesos del

trata-miento de las aguas residuales.

Para poder eliminar los contaminantes de las aguas resi-duales, estas se someten a procesos físicos, químicos y biológicos.

5.2.1 Procesos Físicos y Físicos Químicos para la depura-ción de las aguas residuales.

Actualmente se pueden conocer varios procesos físi-cos y químifísi-cos empleados en el proceso de depuración de las aguas residuales. A continuación se explicarán los más significativos.

Remoción de sólidos: _{Es el proceso donde se}

separa la materia gruesa presente mediante el tamizado del agua residual tales como trapos, toallas sanitarias, frutas, papel higiénico, entre otras. Este puede involucrar rejas

o tamices de diferentes tamaños para retener los diferentes elementos. No obstante, en la actualidad existen equipos que realizan el tamizado de forma mecánica. Este proceso es necesario porque la existencia de sólidos puede dañar los equipos de la planta y además, el tratamiento biológico no trata ese tipo de sólidos (Pérez & Camacho, 2011).

Remoción de arena:_{Se refiere al proceso que}

remueve los suelos existentes en las aguas residuales. Este proceso sucede en unidades llamadas desarenadores para

proteger los equipos, reducir la formación de depósitos

de sólido en el reactor biológico y reducir la frecuencia de limpieza de la planta por causa de la acumulación excesiva de arenas (Universidad Nacional Abierta y a

(47)

Sedimentación: _{Es el proceso que remueve los}

sólidos suspendidos del agua residual mediante fuerzas gravitacionales que hacen que estas partículas más pesa-das que el agua se asienten y separen del líquido (Martí-nez & Rodríguez, 2005). Esto sucede en tanques conocidos como clarificadores, que gracias a su magnitud, permiten que el material flotante como grasas y plásticos se sitúen en la superficie y los sólidos fecales se asienten, dejando en la mitad una mejor calidad de agua para ser tratada en el reactor biológico (Pérez & Camacho, 2011). En ciertas plantas de tratamiento se localizan dos clarificadores, antes y después del tratamiento biológico para conseguir una me-jor depuración del agua.

Precipitación con o sin ayuda de

coagulan-tes o floculancoagulan-tes: El procedimiento implica la alteración

del equilibrio iónico para producir insolubles que se pueden quitar fácilmente por sedimentación. Existen sólidos que no se sedimentan con facilidad. La coagulación y la floculación

desestabilizan las partículas pequeñas casi imposibles de remover, como la espuma, para conseguir la unión de estas y lograr su sedimentación (Wang, Shammas & Hung, 2005). La coagulación es el proceso que desestabiliza las partícu-las del agua mediante coagulantes superando partícu-las fuerzas que mantienen su estabilidad, mientras la floculación es el proceso que une las partículas desestabilizadas con la adición de floculantes, para formar grandes partículas que puedan sedimentarse (Aguilar et al, 2002).

Separación y filtración de sólidos: _{Es un}

(48)

36

Desinfección: _{Antes de que el agua residual}

de-purada por métodos biológicos se descargue al cuerpo de agua natural, necesita pasar por una unidad de desinfec-ción. El método más común y más económico en la actua-lidad es el cloro (Henry & Heinke, 1999). Es necesario úni-camente un depósito con cloro que tenga divisiones para que el agua tratada circule lentamente y la sustancia des-infecte el agua (M.Román, comunicación personal, 14 de agosto de 2014). No obstante, el efluente obtenido contiene residuos de cloro que pueden ser perjudiciales para la vida acuática (Henry & Heinke, 1999). Debido a esto, se han implementado nuevos sistemas como por ejemplo la desin-fección a base de Rayos Ultravioleta (UV), esta radiación es generada por lámparas que contienen mercurio y es capaz de matar todo tipo de microorganismos, y no es perjudicial para la vida acuática ya que no se añade ningún compuesto (Castells, 2012).

5.2.2 Procesos Biológicos

En los procesos biológicos la eliminación de conta-minantes se da gracias a la actividad biológica; esta activi-dad puede ser activi-dada sin presencia de oxígeno a la cual se la denomina anaeróbica o con presencia de oxígeno, también conocida como aeróbica.

(49)

que la mayor parte de esa energía permanece como ener-gía química en el metano producido” (Rodríguez, s.f.).

Por otro lado, el tratamiento aerobio incluye procesos catabólicos oxidativos. Debido a que este proceso necesi-ta la presencia de un oxidante de la materia orgánica que usualmente no está presente en el agua residual, este se introduce artificialmente. Lo más común es introducir oxí-geno de la atmósfera mediante métodos mecánicos lo cual implica gastos elevados para la operación de la planta. En este tratamiento el DQO de la materia orgánica se convier-te en lodo, el cual debe ser tratado posconvier-teriormenconvier-te ya que tiene presente material vivo (Rodríguez, s.f.).

Además de los procesos aerobios y anaerobios, exis-ten dos procesos más que utilizan la actividad biológica: procesos anóxicos y facultativos. Los procesos anóxicos tienen como fin la remoción del nitrógeno, aquí se transfor-man biológicamente los nitratos del nitrógeno en nitrógeno

gaseoso en ausencia de oxígeno. Por otro lado, los facul-tativos son aquellos procesos donde existen organismos biológicos que pueden actuar con o sin oxígeno (Solís & López, 2003).

(50)

38

Imagen 5: Principales procesos biológicos empleados en la depuración del agua residual

(51)

5.2.2.1 Procesos aerobios

En la actualidad se pueden encontrar un sin núme-ro de pnúme-rocesos aenúme-robios; sin embargo parte de estos son evoluciones de los primeros procesos empleados. Entre los procesos aerobios tradicionales existentes se pueden en-contrar los que serán explicados a continuación.

• Lodos activados

Los lodos activados son un proceso biológico que se aplica en la etapa secundaria de la depuración de las aguas residuales. Este sistema degrada la materia orgánica aeró-bicamente.

Con el tiempo se han creado variaciones del sistema para diferentes casos y situaciones; entre ellos se pueden encontrar: el convencional, con aireación prolongada, zan-jas de oxidación y reactor discontinuo secuencial (SBR).

o Lodos activados de tipo convencional

Los lodos activados de tipo convencional se compo-nen de un sedimentador primario, un tanque de aireación y un sedimentador secundario.

Lo característico del sistema es el reactor aireado o tanque de aireación, donde se colocan microorganismos que tienen como fin descomponer la materia orgánica pre-sente en el agua residual. Los microorganismos asimilan la materia orgánica aprovechando el oxígeno que hay en el medio y de esta manera se crean las bacterias aerobias. La oxigenación se puede dar por medio de aireadores mecáni-cos o aire comprimido. (Pérez Oddershede, 2010)

(52)

40

al reactor para mantener una adecuada población de mi-croorganismos en relación a la carga orgánica que ingresa al tanque de aireación. (Pérez Oddershede, 2010)

Si una planta depuradora de agua residual biológica no genera lodos, se asume que no está funcionando correc-tamente. No se debe olvidar que a pesar de que el agua ya salió clarificada, en la planta aún restan lodos, que son tirados al río implica que el agua no se está depurando; por esta razón, los lodos necesitan ser tratados posteriormente mediante una recirculación interna o en unidades de trata-miento de lodos.

Imagen 6: Sistema convencional de lodos activados

(53)

En la imagen 6 se puede apreciar el proceso de lo-dos activalo-dos. El agua residual ingresa a un sedimentador primario donde los lodos se asientan en el fondo del tanque y el agua que queda en la superficie entra al tanque de ai-reación donde la emulsión de aire junto a los microorganis-mos presentes, oxidan la materia orgánica. Esta agua sale a un sedimentador secundario donde se posan los lodos que todavía permanecen en el agua; parte de esta agua se recircula para conseguir una mejor eficiencia y parte de esta ya abandona el proceso para ser desinfectada y en-contrarse con su cuerpo de agua receptor. No obstante, los lodos residuales de los sedimentadores se conducen a un tanque para ser respectivamente tratados.

Tabla 5: Eficiencia de Remoción de Lodos activados conven-cionales.

Fuente: (Metcalf & Eddy, 2003)

o Lodos activados con aireación prolongada

(54)

42

La materia orgánica del agua se degrada biológica-mente en el reactor. Sin embargo, aquí se utiliza la fase endógena de la respiración microbiana para descomponer los lodos formados, la cual hace que las bacterias se auto oxiden. Debido a que se buscan los lodos en el sistema, no se utiliza la decantación primaria. Lo que origina la compo-sición de lodos en el reactor que necesita ser degradado.

El sistema tiene factores positivos y negativos. El efluente obtenido es de buena calidad, el diseño y opera-ción no son muy complicados, el tratamiento primario no es indispensable, el sistema soporta cambios bruscos del afluente y produce menos cantidad de lodos que el sistema convencional. Por otro lado, necesita mayor extensión de terreno para su instalación, la energía aplicada para la ai-reación es alta y es necesario un operador capacitado para su funcionamiento. (Pérez Oddershede, 2010)

Tabla 6: Eficiencia de Remoción Aireación Extendida

Fuente: (Sperling, 1996)

o Zanjas de oxidación

Es una modificación del sistema de lodos activados. Al igual que la aireación prolongada, este se caracteriza por mantener el agua más tiempo para disminuir lodos y remo-ver compuestos orgánicos biodegradables

(55)

Debido a que el objetivo del sistema es disminuir lo-dos, antes de las zanjas de oxidación, el afluente solo pasa por pre tratamiento. No obstante, existe un sedimentador secundario, donde se obtiene un lodo que se recirculada para unirlo con el agua entrante a las zanjas de oxidación. (Pérez Oddershede, 2010)

Imagen 7: Zanjas de Oxidación

(56)

44

Entre las ventajas que tiene el sistema están: la ca-pacidad de aplicar tanques anaeróbicos y anóxicos antes de las zanjas para remover el nitrógeno y fósforo del efluen-te; los objetivos se logran con requerimientos operacionales reducidos y bajos costos de operación y mantenimiento. No obstante, entre sus desventajas está la necesidad de un te-rreno bien amplio en relación a los otros sistemas de lodos activados. (Pérez Oddershede, 2010)

Tabla 7: Eficiencia de remoción del sistema zanjas de oxidación

Fuente: (Metcalf & Eddy, 2003)

o Reactor discontinuo secuencial (SBR)

Este sistema funciona por medio de un reactor único. Antes de entrar el agua residual al reactor, esta pasa por un pre tratamiento. El agua entra el reactor y cuando ya está completamente lleno el tanque, comienza a depurar el agua como un sistema de lodos activados convencionales pero sin la entrada y salida continua del agua. En este proceso se combina la reacción, la sedimentación y la clarificación en un mismo tanque. (Pérez, 2010)

(57)

Imagen 8: Fases del proceso SBR

Fuente:(Water Technology and Development [T&D], 2009)

Los factores positivos de este sistema son: poder realizar todo el proceso en un solo reactor lo cual ocasio-na un ahorro en el capital, mantener la materia biológica en el tanque el tiempo que se necesite, el proceso tiene alta flexibilidad de operación y control; el área necesaria es mínima, y se puede operar para alcanzar nitrificación, des-nitrificación y remoción de fósforos sin adición de reactivos químicos (Pérez Oddershede, 2010).

(58)

46

Tabla 8: Eficiencia de Remoción de SBR.

Fuente: (Metcalf & Eddy, 2003)

• Lagunas aireadas

El sistema de lagunas aireadas funciona por medio de un reactor excavado en el terreno donde se suministra oxígeno por medio de difusores sumergidos o aireadores superficiales, a diferencia de la facultativa que obtiene oxí-geno por medio de la fotosíntesis algal.

En las lagunas aireadas se pueden encontrar las ae-robias y facultativas. En las aeae-robias los sólidos se man-tienen en suspensión por la aireación superficial. Por otro lado, en las facultativas no asegura la permanencia de los sólidos en suspensión ya que, solo se puede introducir el oxígeno necesario para el proceso. Debido a esto, en las facultativas se generan algas y los sólidos se depuran anaeróbicamente en el fondo de estas.

(59)

El sistema posee factores positivos y negativos para su aplicación. Tiene una baja producción de lodos en rela-ción a un sistema convencional, el proceso es simple y con-fiable y puede utilizarse para la remoción de nitrógeno en las aguas residuales. No obstante, la relación energía con relación a la carga es muy elevada y su actividad biológica se reduce en climas fríos. (Pérez Oddershede, 2010)

• Biodiscos rotativos

El sistema de Biodiscos también conocido como Re-actor Biológico Rotativo de Contacto (RBC) se basa en un conjunto de discos circulares de poliestireno o cloruro de polivinilo que rotan en un mismo eje horizontal ubicados uno junto al otro. Los discos se encuentran parcialmente sumergidos en un tanque donde pasa el agua residual en-trante. Los microorganismos presentes en el agua residual se comienzan a adherir a la superficie de los biodiscos has-ta formar una biomasa, la cual funciona gracias a su conhas-tac- contac-to con el agua recogiendo sustancia orgánica y el contaccontac-to con el oxígeno al rotar. Finalmente, al cumplir su ciclo de vida, esta capa bacteriana se despega naturalmente de la superficie para convertirse en lodos activos fácil de sedi-mentar.

Tabla 9: Eficiencia de Remoción de Lagunas aireadas

(60)

48

Estos discos necesitan de energía permanente para su rotación, sin embargo, la energía necesaria es baja y su operación es sencilla, pero en temperaturas menores a 13°C la energía se necesita aumentar ya que los rendimien-tos del sistema disminuyen. (Pérez Oddershede, 2010)

Entre los aspectos negativos del sistema se encuen-tran la necesidad de un tratamiento primario antes de in-gresar a los biodiscos; tiene altos costos de mantención ya que el eje de rotación tiende a fallar y cuando la biomasa se despega de la superficie de los discos, el proceso se paraliza hasta formar una nueva capa. (Pérez Oddershede, 2010)

Imagen 9: Funcionamiento del sistema de Biodiscos

Fuente: (Esqueche, 2013)

Tabla 10: Eficiencia de la remoción de Biodiscos

(61)

• Filtros percoladores

El sistema filtro percolador, o también llamado Biofil-tros funciona por medio de una gran capa filtrante. La planta es una circunferencia ya que funciona por medio de una tubería de distribución que rota circularmente. El agua resi-dual ingresa a la planta por medio de una tubería subterrá-nea, esta sube verticalmente por el eje de la circunferencia y mediante un brazo distribuidor en rotación, se va des-cargando uniformemente. La capa se divide en secciones donde va cruzando el agua, la primera es una cama con microorganismos donde la materia orgánica entrante del agua residual es degrada. No obstante, el agua continúa percolando por medios filtrantes que pueden ser piedras o plásticos. (Pérez Oddershede, 2010)

Imagen 10: Funcionamiento de Filtros Percoladores

(62)

50

En la parte inferior se encuentra una tubería de dre-naje que recoge el agua tratada que posteriormente pasa por un sedimentador secundario para separar los sólidos restantes. Además, parte del efluente es recirculado para volver a ser tratado por la acción biológica, la cual puede hacerse antes o después de la decantación secundaria. (Pérez Oddershede, 2010)

Los filtros percoladores se clasifican según las cargas orgá-nicas o hidraúlicas como se muestra a continuación.

Tabla 11: Clasificación de Filtros Percoladores

Fuente: (Metcalf & Eddy, 2003)

Entre las ventajas de este sistema está su sencillez, el efluente de alta calidad que se obtiene, producción de un lodo fácil de decantar, se puede diseñar para que haya desnitrificación, entre otros. En cuanto a los aspectos ne-gativos, necesita de clarificación primaria, puede generar malos olores, se necesita de operación y mantenimiento supervisado por un operador capacitado, entre otros.

Tabla 12: Eficiencia de remoción de Filtros Percoladores

(63)

5.2.2.2 Procesos anaerobios

Existen varios procesos anaerobios, entre ellos se encuentran los detallados a continuación.

• Digestión anaerobia

Es el proceso fermentativo en el tratamiento anaero-bio de las aguas residuales (Rodríguez). El proceso se ca-racteriza por convertir la materia orgánica en Biogas como se muestra en la imagen. La característica principal de la digestión anaerobia es que transforma la materia orgánica en vez de destruirla.

Imagen 11 : Degradación Biológica de la materia organica

Fuente: (Rodríguez)

• Filtro anaeróbico

(64)

52

Imagen 12 : Esquema de filtro anaeróbico

Fuente: Compendio de Sistemas y Tecnologías de

Sanea-miento.

5.2.3 Otros Procesos

5.2.3.1 Tratamiento de Lodos residuales

“Los lodos residuales son aquellos subproductos in-deseables difíciles de tratar y que implican un costo extra en el manejo, disposición y tratamiento de las aguas” (Qui-minet, 2012).

En todos los sistemas de depuración biológica de las aguas residuales, restan lodos. Dependiendo del sistema, estos serán en grande o poca cantidad; no obstante, no pueden ser lanzados al río ya que, el tratamiento sería invá-lido. Estos deben ser tratados para degradarlos en la mayor cantidad posible.

(65)

y el peso, higiene y muerte de organismos patogénicos, además mejora de las propiedades del lodo de las plantas de tratamiento para su utilización posterior o disposición fi-nal. (Quiminet, 2012)

Entre los sistemas existentes para el tratamiento de lodos se pueden encontrar: la digestión aerobia o anaero-bia, espesamiento, y el secado natural o mecánico.

La digestión aerobia o anaerobia tienen como fin re-ducir el total de lodos que se van a evacuar y destruir célu-las restantes en los lodos. Su funcionamiento es a base de un depósito que recibe los lodos producidos en el sedimen-tador y en el reactor bilógico; en el caso del aerobio, este tiene aireadores que mantienen los microorganismos en constante funcionamiento, mientras que el anaerobio fun-ciona de la misma manera que la digestión anaerobia men-cionada en la sección 5.2.2.2 (Sette, Jiménez & de Lora, 1990)

En los procesos de digestión se obtiene un lodo es-tabilizado; sus objetivos principales son: reducción o elimi-nación de olores, reducción del volumen líquido o peso de sólidos y reducción de microorganismos encontrados en los lodos residuales. (Sette et al, 1990)

(66)

54

(67)

CAPÍTULO 6:

(68)

56 6.1 Tratamiento de aguas

resi-duales en la UEES.

La UEES es una institución que ha crecido en in-fraestructura con el paso de los años. Debido a esto, cada edificio funciona de forma independiente en cuanto a los servicios básicos. Por lo tanto, no existe una planta de tra-tamiento global que depure las aguas servidas de la univer-sidad; cada edificio tiene su propio pozo séptico, reservorio de agua o se conecta directamente con la red de aguas servidas (AASS) del sector.

La infraestructura de la universidad se distingue por sus nombres tales como edificio A, B, CD, E, FG, H, I, Barú, Bistro, etc. Cada uno de ellos descarga las AASS a la red del sector, sin embargo, cada uno lo hace de forma inde-pendiente y con un sistema específico:

• EL Edificio A,I y el rectorado dirigen su agua a un pozo séptico que se encuentra fuera de la garita principal de la universidad.

• El Edificio B, la biblioteca, en su lado posterior contiene un pozo séptico independiente.

• El Edificio FG tiene su pozo séptico en un área verde a unos 6m aproximadamente de su frente.

• El Bistro tiene su trampa de grasas y luego conduce el agua al pozo séptico del edificio FG.

• El Edificio E se conecta directamente con la red de aguas servidas del sector.

• La ciudadela Triana que le pertenece a la UEES tiene su propia planta de tratamiento en su exterior.

(69)

• El Barú conecta el agua a la red del sector pero antes pasa por una trampa de grasas.

• El gimnasio tiene un pozo séptico en el frente, que des-carga el agua a una alcantarilla cercana.

A finales del 2014 se habilitó el nuevo edificio de Postgrado donde se construyó una planta de tratamiento, la cual se encarga únicamente de este edificio y no tiene

acceso al público. Por esta razón, se propone hacer otra

planta en la universidad, la cual trate el agua del resto del campus y funcione como laboratorio para carreras como ingeniería ambiental o ingeniería civil y que esté habilitado para cualquier usuario que quiera conocerla.

6.2 Consumo del agua en la

UEES.

El consumo de agua en la UEES no es muy elevado. En base a la información obtenida en la universidad, este consumo está compuesto por diferentes medidores que sectorizan las diferentes áreas de la UEES de acuerdo a la dirección. Las que han existido durante el último año son las siguientes:

• Tornero 3 UEES Parqueadero de Estud. • Tornero 3 UEES Detrás del Edif. E.

(70)

58

Además de la institución como uso únicamente edu-cativo, esta contiene residencias universitarias en el cam-pus. La UEES es la destinada a pagar los consumos de agua que se dan en estas viviendas. De acuerdo a la infor-mación del consumo de agua obtenido, se encuentran las siguientes direcciones de planillas:

• Casas de Triana Macromedidor • Casas de Triana Villa 1

• Casas de Triana Villa 2 • Casas de Triana Villa 3 • Casas de Triana Villa 4 • Casas de Triana Villa 5 • Casas de Triana Villa 7 • Casas de Triana Villa 8

Desde Septiembre del 2014 se han aumentado dos planillas extras al consumo de agua de la UEES por el nue-vo edificio. No obstante, no se tienen datos actuales

del consumo:

• Tornero 3 Km 2.5 UEES Edif. De Postgrado

• Tornero 3 UEES Macro – Hidrante EDIF. POST GRADO

En la Tabla 13 se detalla la información obtenida en septiembre del 2014 por medio de la universidad con res-pecto al consumo de agua potable que ha tenido la UEES desde Enero a Septiembre del 2014. Se ha dividido por cada mes de acuerdo a lo entregado por la UEES.

(71)

Tabla 13: Resumen Planilla de Agua de la UEES

Elaboración: Propia

Fuente: Departamento Administrativo de la UEES

6.3 Selección del sistema

natu-ral de depuración de aguas

resi-duales para la UEES.

6.3.1 Tipo y cantidad de agua a tratar

La UEES por ser una institución educativa, se la cla-sifica como agua residual doméstica. Los usos que se le dan al agua son: inodoros, lavamanos, urinarios, cocina, la-boratorios de arte, lala-boratorios de ingeniería y lala-boratorios

de medicina. Por lo tanto, el agua no contiene grandes

contaminantes tóxicos que requieran de una depura-ción más específica.

Según el Ingeniero Hidraúlico e hidrosanitario Marco Román, para la elección del sistema se deben considerar los parámetros y características que tiene la universidad (M.Román, comunicación personal, 14 de agosto de 2014).

ENERO M3 _{DE CONSUMO} _JUNIO _M3 _{DE CONSUMO}

Paqueadero de Estudiantes 7 Parqueadero de Estudiantes 5 Detrás de Edificio "E" 1383 Detrás de Edificio "E" 1506

Km 2.5 Vía Samb. 108 Km 2.5 Vía Samb. 670

A-‐1 Junto a Santa Fe 1101 A-‐1 Junto a Santa Fe 198 Casas de Triana Macromedidor 78

FEBRERO M3 _{DE CONSUMO} _{Casas de Triana Villa 1} ₁₇

Parqueadero de Estudiantes 2 Casas de Triana Macromedidor 114 Detrás de Edificio "E" 828 Casas de Triana Villa 1 21

Parqueadero de Estudiantes 6 Parqueadero de Estudiantes 8 Detrás de Edificio "E" 1971 Detrás de Edificio "E" 1802

Km 2.5 Vía Samb 400 Km 2.5 Vía Samb. 528

A-‐1 Junto a Santa Fe 1149 A-‐1 Junto a Santa Fe 82

Edif Postgrado 0

MAYO M3 _{DE CONSUMO} _{Macro Hidratante Edif.Postgrado} ₀

(72)

60

(73)

Gráfico 1: Medias mensuales de medidores de la UEES

Elaboración: Propia

Fuente: Departamento Administrativo de la UEES

0 ABRIL 0 ABRIL 0

11 MAYO 12 MAYO 20

27 JUNIO 20 JUNIO 14

14 AGOSTO 11 AGOSTO 34

14 SEPTIEMBRE 13 SEPTIEMBRE 22

TRIANA VILLA 2

TRIANA VILLA 3

TRIANA VILLA 2

TRIANA VILLA 3

ABRIL 0 ABRIL 0 ABRIL

1101 MAYO 73 MAYO 13 MAYO

111 JUNIO 78 JUNIO 17 JUNIO

1366 667,83 AGOSTO 114 AGOSTO 21 AGOSTO

1149 SEPTIEMBRE 247 SEPTIEMBRE 22 SEPTIEMBRE

198

URB. TRIANA (MACROMEDIDOR)

42

TRIANA VILLA 2

TRIANA VILLA 3

(74)

62

Las gráficos reflejan una media mensual de cada

una de los medidores de la UEES. Sumando cada una de ellas se obtiene una media total, lo cual equivale al caudal que se debe considerar para hacer la planta de tratamiento.

Q = 2670 m3/mes

6.3.2 Ubicación de la planta de tratamiento

El agua a tratar es poca y no requiere de mucho tra-tamiento para no contaminar el ambiente, y según el Ing. Román, un tratamiento anaeróbico en buen funcionamien-to, sería suficiente. No obstante, la planta tiene como fin ser habitable para el usuario como herramienta de estudio. (M.Román, comunicación personal, 21 de enero de 2015)

Por lo tanto, según el Ing. Román, debido a que la planta tiene como característica importante ser visitada y utilizada como laboratorio, el siguiente sistema que sería

adecuado para los propósitos de esta son ZANJAS DE OXI-DACIÓN mediante aireación extendida, lo cual es un tipo de LODOS ACTIVADOS. Los procesos se han independizado con el fin de darle un uso educativo. De esta manera, el estudiante puede apreciar y conocer detalladamente qué sucede en cada paso involucrado en una planta de trata-miento. (M.Román, comunicación personal, 21 de enero de 2015)

Imagen 13: Esquema y espacio necesario para cada equipo de los lodos activados

Fuente: (M.Román, comunicación personal, 21 de enero

(75)

La Imagen 13 muestra los pasos y las medidas apro-ximadas de las unidades. El agua llega al Tamiz donde se retienen sólidos grandes y el agua continua a la Estación de Bombeo para seguir al Reactor Biológico donde están los microorganismos que comienzan a oxidar la materia or-gánica presente en el agua que ingresó. Esta se traslada al Clarificador donde los sólidos se sedimentan formando lodos. Estos lodos son removidos cada cierto tiempo y el agua continúan al Digestor de Lodos. El Digestor de Lodos tiene la función de hacer la última separación de los sólidos y líquidos. El líquido que sale de aquí es el que finalmente se traslada a la desinfección para ser descargada en la red de AA.SS más cercana. Los lodos del Digestor se trasladan al Compactador donde finalmente queda una materia prima fertilizante que puede ser vendida para agricultores o remo-vida y enviada al relleno sanitario en Guayaquil que recibe desechos no contaminantes. Sin embargo, parte del agua

del Clarificador y del Digestor se recircula al reactor

bioló-gico para un mejor funcionamiento ya que, mientras

más materia orgánica exista en el reactor, más bacterias coexistirán y la depuración será más eficiente.

(76)

64

UBICACIÓN TABLERO DE CONTROL

2.00m 2.00m

ALTURA: 3.00m

3.00m (MEDIDA APROXIMADA)

Imagen 13: Elementos de la planta de tratamiento

Fuente: (M.Román, comunicación personal, 21 de enero

de 2015)

La imagen 14 muestra las medidas del clarificador, no obstante, la planta necesita 6 tanques con esas medidas ubicados en un mismo sector, formando el área completa de sedimentación. Además, los clarificadores y el reactor biológico necesitan puentes alrededor de y entre ellos para su mantenimiento.

Las medidas establecidas para el área del tamiz, deshidratación de lodos y desinfección del agua, son esti-madas por los equipos que se fijarán ahí.

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Imagen 15: Dibujo esquemático del ROTAMAT Micro Strainer Ro 9

Fuente: (Huber technology, s.f.)

El equipo considerado para la deshidratación o com-pactación de lodos es un Huber ROTAMAT Prensa Tornillo tipo RoS3Q tamaño Q280 que se puede apreciar en la Ima-gen 16. Funciona en una posición inclinada equipado de un tornillo sin fin cónico que rota lentamente dentro de una cesta cilíndrica de tres piezas. Primero, el lodo floculado es alimentado en la carcasa en donde un sensor de presión va midiendo la presión del lodo; en esta etapa se asegura una gran remoción del agua. Luego, mientras el lodo es

transportado a la segunda sección del filtro, los flósculos se comprimen hacia la carcasa, y el espesor de la torta de sólidos va disminuyendo. Finalmente, en la tercera sección del filtro el espesor de la torta se reduce al mínimo, mien-tras una fuerza individual de deshidratación es aplicada a la torta por un cono neumático. Para su limpieza, la superficie interna es continuamente limpiada con un elemento fijo al tornillo. (M.Román, comunicación personal, 4 de marzo de 2015)

Imagen 16: Huber ROTAMAT Prensa Tornillo tipo RoS3Q ta-maño Q280.

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Para el proceso de desinfección se recomienda usar Rayos UV que no perjudican la vida existente en el cuerpo de agua receptor. Un ejemplo del equipo a usar es el Trojan UV 3000 plus que se puede ver en la Imagen 17. Funciona por medio de rayos UV que se pueden controlar por un Centro de Control del Sistema, el cual monitoriza y controla todas las funciones del UV para conseguir una óptima des-infección. Entre las ventajas de este equipo está el ahorro energético que generan las lámparas y el sistema de Ac-tiClean que limpia automáticamente la funda del sensor y de las lámparas. (M.Román, comunicación personal, 4 de marzo de 2015)

Imagen 17: TrojanUV 3000 plus

Fuente: (AWASA, 2011)